一種太陽能電池柵電極的製備方法
2024-03-29 00:25:05
專利名稱：一種太陽能電池柵電極的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池柵電極的製備工藝，屬於太陽能光電極微加工領域。
背景技術：
隨著全球化石燃料資源的過度開採消耗，新能源的開發與高效利用成為了迫在眉睫的事情。其中，太陽能因其來源豐富、無需運輸且能源清潔的特點倍受青睞。太陽能電池是有效利用太陽能源的主要方式之一，當前桎梏太陽能電池廣泛應用的主要原因為其較高的生產成本及較低的轉換效率。太陽能電池最基本的結構包括PN結、正面柵電極和背面電極。在經過制絨、擴散等工序後，PN結製成，根據光生伏特效應，在光照下已經可以產生光生電流。太陽能電池電極的主要作用就是將所產生的電流導出，因此電極性能的優劣將直接影響電池轉換效率的高低。通常，理想的電極與襯底之間應能形成良好的歐姆接觸，即應具有較低的接觸電阻；為了保證光能利用率，還應儘量降低電極的表 面覆蓋率。這就意味著，高效率的太陽能電池電極需要線寬窄，厚度高，接觸良好。([I]Martin A. Green, 「The Path to 25 % Silicon Solar Cell Efficiency History ofSilicon Cell Evolution,』』Silicon Cell Efficiency Evolution,Prog. Photovolt Res.Appl. 2009)製造電極的方法有很多，如光刻電鍍法、化學鍍鎳法([2] J. Taraszewska, G.Rost onek,^Electrocatalytic oxidation of methanol on a glassy carbon electrodemodified by nickel hydroxide formed by ex situ chemical precipitation，，,Journalof Electroanalytical Chemistry, Volume 364, Issues 1-2,31 January 1994)、刻槽埋柵法([3]Zolper, John C,「16.7 % efficient, laser textured, buried contactpolycrystalline silicon solar cell」，Applied Physics Letters, Nov. 1989)等，目前被廣泛使用的是絲網印刷法。絲網印刷法主要是利用絲網圖形區域網孔透漿料，非圖形區域網孔不透漿料的原理刷制電極，它具有生產周期短，產量大的優點。但其製備成的電池柵電極，厚度約為5 30iim,線寬一般在 lOOum 以上。(4]Frederik C. Krebs, 「Polymer solar cell modulesprepared using roll—to—roll methods Knife-over-edge coating, slot—die coatingand screen printing，，，Processing and Preparation of Polymer and Organic SolarCells,Pages 465 475，Apr. 2009)由於柵線較寬，增大了遮光面積，導致正面電極損耗增大，電池的轉換效率降低。與此同時，經絲網印刷、退火等工藝後燒結成的電極金屬層的導電性能取決於漿料的化學成分、絲網的粗糙度及燒結條件等，不確定因素較多。由於銀具有良好的導電性及可焊性且在矽中呈現低擴散，目前絲網印刷的漿料中均含銀。在絲網印刷的過程中需要大量的漿料，其中絕大部分漿料會因位於非圖形區域而滯留於絲網上，造成含銀漿料浪費，成本提升。其他製備太陽能電池電極的方法，雖然能製備出線寬相對較細的柵線，但工藝複雜』且工藝成本高，不適合大批量生產。
發明內容
本發明的目的在於提供一種太陽能電池柵電極製備方法，以代替傳統的絲網印刷法。本發明利用模版來製備太陽能電池的正面柵電極，其技術方案如下—種太陽能電池柵電極的製備方法，首先製備具有適宜寬高比柵線圖形的碳化矽模版，然後將碳化矽模版與太陽能電池基片對準且貼緊固定，應用物理氣相澱積法(真空蒸鍍或真空濺射)製備柵電極。上述方法中，碳化矽模版的製備可參見專利號為201110144874.0的中國專利「一種光刻掩膜版及其製備方法」，包括在一襯底的正面利用等離子增強化學氣相澱積(PECVD)方法生長一層碳化矽(SiC)薄膜，並刻蝕該薄膜形成太陽能電池柵電極柵線圖形， 然後刻蝕或腐蝕柵線圖形下的襯底部分使圖形區域懸空。其中，所述襯底可採用但不限於矽片、玻璃片、陶瓷片等；所述碳化矽(SiC)薄膜厚度通常為IOOnm 10 ii m。具體的，碳化矽模版的製備可包括以下步驟I)在襯底正面用PECVD方法生長一層碳化矽(SiC)薄膜；2)在襯底背面形成掩膜；3)在襯底正面的碳化矽(SiC)薄膜上刻蝕出太陽能電池柵電極柵線圖形；4)對應於碳化矽(SiC)薄膜的柵線圖形刻蝕襯底背面的掩膜，形成窗口 ；5)通過窗口刻蝕或腐蝕襯底，釋放出正面的柵線圖形。上述步驟2)中，背面掩膜可採用且不限於氮化矽、氧化矽、碳化矽等非金屬膜或金、鉻等金屬膜。在某些情況下，受KOH凸角腐蝕限制，不能在一個碳化矽模版上形成完整的太陽能電池柵電極柵線圖形，需要同時製作兩個或更多個碳化矽模版，這些碳化矽模版上的圖形疊加構成完整的柵線圖形。例如同時製作一個主柵模版和一個輔柵模版。碳化矽模版製作好後，按照一定的順序將各個碳化矽模版分別與太陽能電池基片對準且貼緊固定，應用物理氣相澱積法製備柵電極的一部分，最終形成整個柵電極。例如先將輔柵模版與太陽能電池基片對準且貼緊固定，應用物理氣相澱積法製備輔柵電極；然後將主柵模版與已澱積輔柵電極的太陽能電池基片進行對準並貼緊固定，應用物理氣相澱積法製備主柵電極。將碳化矽模版與太陽能電池基片貼緊固定的方式可利用但不限於耐溫膠帶、磁鐵
坐寸o本發明方法應用的模版材料PECVD-SiC應力小，製備的電池柵電極線寬得到了保證，因此減小了表面覆蓋率；製備電極的過程影響因素較少，便於精確控制；工藝簡單，提高了生產效率；SiC材料耐腐蝕性強，模版一次製得後可重複利用，降低了成本。
圖I為實施例太陽能電池柵電極所需模版製作的工藝流程圖。圖2為實施例所製得輔柵模版的效果圖。圖3為實施例所製得主柵模版的效果圖。
圖4為所需模版的使用方式效果5為實施例所製得太陽能電池柵電極的最終效果圖。
具體實施例方式下面結合附圖，通過實施例對本發明的製備太陽能電池正面柵電極的方法做進一步描述。原始材料雙面拋光的N型矽片10，電阻率2 4Qem，晶向為〈100〉，矽片厚度為400iim,如圖1(a)所示。首先，根據圖I所示的工藝流程分別製作太陽能電池柵電極所需的主柵與輔柵模版，然後通過這兩個模版應用物理氣相澱積法在太陽能電池上形成柵電極，具體步驟如
下I)用等離子增強化學氣相澱積(PECVD)的方法，在矽襯底10的雙面生長碳化矽(SiC)薄膜21和22，如圖I (b)所示；PECVD生長SiC薄膜的條件優選為壓力700 1200mTorr，溫度200 400°C，SiH4 20 60sccm, CH4 :200 400sccm, Ar :200 400sccm,每個周期 HF (高頻電源)作用時間為10 20s，LF(低頻電源)作用時間為20 30s，功率200 400W。其中HF和LF的頻率通常分別為13. 56MHz和380kHz。2)在矽片的一面(正面)光刻，感應耦合等離子體(ICP)刻蝕正面的碳化矽(SiC)薄膜21，形成圖形30，如圖1(c)所示；其中，作為輔柵模版的矽片上所形成的圖形如圖2中31所示；作為主柵模版的矽片上所形成的圖形如圖3中32所示。3)在娃片的另一面(反面)光刻，ICP刻蝕反面的碳化娃(SiC)薄膜22,形成窗口 40，用於氫氧化鉀(KOH)腐蝕，如圖1(d)所示；其中，作為輔柵模版的矽片上所形成的窗口如圖2中41所示；作為主柵模版的矽片上所形成的窗口如圖3中42所示。4)將矽片置入氫氧化鉀(KOH)溶液中，腐蝕Si襯底10，釋放正面的圖形，從而製得所需的模版，如圖1(e)所示；其中，輔柵模版如圖2所示；主柵模版如圖3所示。5)將輔柵模版正面朝下置於已制結完成的太陽能電池襯底60上方，對正後貼緊固定，參見圖4;將固定好的模版和襯底一起置入物理氣相澱積(PVD)設備中，進行Al澱積，Al澱積結束後拆除模版，形成輔柵電極70，參見圖5。6)將主柵模版與已澱積輔柵電極的襯底對準，對準後重複步驟5)的過程，形成主柵電極80，最終實現太陽能電池柵電極的製備。澱積柵電極的效果圖如圖5所示。
權利要求
1.一種太陽能電池柵電極的製備方法，首先製備具有柵線圖形的碳化矽模版，然後將碳 化矽模版與太陽能電池基片對準且貼緊固定，應用物理氣相澱積法製備柵電扱。
2.如權利要求I所述的製備方法，其特徵在於，通過下述方法製備所述碳化矽模版在一村底的正面利用等離子增強化學氣相澱積方法生長ー層碳化矽薄膜，並刻蝕該薄膜形成太陽能電池柵電極柵線圖形，然後刻蝕或腐蝕柵線圖形下的襯底部分使圖形區域懸空。
3.如權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，所述襯底為矽片、玻璃片或陶瓷片。
4.如權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，所述碳化矽薄膜厚度為IOOnm 10 u m0
5.如權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，碳化矽模版的製備包括以下步驟 1)在襯底正面用等離子增強化學氣相澱積方法生長ー層碳化矽薄膜； 2)在襯底背面形成掩膜； 3)在襯底正面的碳化矽薄膜上刻蝕出太陽能電池柵電極柵線圖形； 4)對應於碳化矽薄膜的柵線圖形刻蝕襯底背面的掩膜，形成窗ロ； 5)通過窗ロ刻蝕或腐蝕襯底，釋放出正面的柵線圖形。
6.如權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，步驟2)中所述掩膜是非金屬膜或金屬膜。
7.如權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述非金屬膜是氮化矽、氧化矽或碳化矽薄膜。
8.如權利要求I所述的製備方法，其特徵在幹，同時製作兩個或兩個以上的碳化矽模版，這些碳化矽模版上的圖形疊加構成完整的柵電極柵線圖形；按照一定的順序將各個碳化矽模版分別與太陽能電池基片對準且貼緊固定，應用物理氣相澱積法製備柵電極的一部分，最終形成整個柵電扱。
9.如權利要求I所述的製備方法，其特徵在於，利用耐溫膠帶或磁鐵將碳化矽模版與太陽能電池基片貼緊固定。
10.如權利要求I所述的製備方法，其特徵在於，碳化矽模版與太陽能電池基片對準且貼緊固定後，採用真空蒸鍍或真空濺射的方法製備柵電扱。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能電池柵電極的製備方法，首先製備具有柵線圖形的碳化矽模版，然後將碳化矽模版與太陽能電池基片對準且貼緊固定，應用物理氣相澱積法製備柵電極。該方法應用的模版材料PECVD-SiC應力小，製備的電池柵電極線寬得到了保證，因此減小了表面覆蓋率；製備電極的過程影響因素較少，便於精確控制；工藝簡單，提高了生產效率；SiC材料耐腐蝕性強，模版一次製得後可重複利用，降低了成本。
文檔編號H01L31/0224GK102738300SQ201210187289
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者唐偉, 孟博, 張曉升, 張海霞, 彭旭華 申請人:北京大學